单片机的低频信号发生器设计
本文是设计一款以STC89C52单片机和DAC0832数模转换器为核心的低频信号源，即采用STC89C52单片机为整个系统的控制中心，结合数/模转换电路、运算放大电路、液晶显示电路、按键电路等外围电路，通过切换按键输出正弦波、方波、三角波、锯齿波四种不同的波形，并可通过按键改变输出频率的步进值，同时，在LCD液晶屏上显示需要的波形和对应频率。本文不仅简要介绍了STC89C52的原理结构和使用方法，还介绍了与电路设计相关的芯片，如数模转换器DAC0832、运算放大器LM358、液晶显示器LCD1602等，并且重点介绍如何采用软硬件设计方法产生最终所需的波形。本文所设计的低频信号源系统，其设计简单、体积小、性价比高，并且便于自动调节，具备较好的工程实用性。关键词 信号发生器，单片机，低频，数模转换，运算放大
目 录
1 绪 论 1
1.1 信号发生器综述 1
1.2 信号发生器发展历史 1
1.3 信号发生器主要研究内容 2
2 系统硬件设计 2
2.1 总体设计框图 2
2.2 单片机最小系统 3
2.3 键盘电路设计 7
2.4 显示电路设计 9
2.5 数模转换电路设计 12
2.6 运算放大电路设计 15
3 系统软件设计 18
3.1 流程图设计 18
3.2 主程序模块 19
3.3 正弦波模块 21
3.4 方波模块 22
3.5 三角波模块 23
3.6 锯齿波模块 24
3.7 延时子程序模块 25
3.8 显示子程序模块 26
4 系统调试 27
4.1 软件调试 27
4.2 硬件电路仿真调试与实物测试 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录 33
附录A 电路原理图 33
附录B 仿真图 34
1 绪 论
1.1 信号发生器综 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
述
信号发生器，也叫函数发生器、波形发生器，其广泛应用于生产实践和科技教育等领域，是常见的信号源。目前市面上常见的波形发生器具有价格昂贵、输出波形受限等缺点，导致工程实用性低，所以我们决定设计一种既能稳定输出多种波形又拥有高性价比的信号发生器。
信号发生器类型多种多样，一般按照频带大小分为超高频、高频、低频和超低频[1]。频带范围很大，超高频能达到一兆赫兹到几十兆赫兹，超低频却只有零点几赫兹甚至更低，另外，高频处于几百千赫兹到几兆赫兹之间。而本课题所研究的低频的范围在几十赫兹到几百千赫兹。
用户定义信号和标准信号号是我们熟悉的信号，它们都可由波形发生器大量产生，并能够使得电子设备在重复性、精度、操作性以及稳定性上都保证高性能。函数波形发生器相较同类信号源来说，既能使相位连续变换，又能使频率稳定输出，优势明显，甚至还可以模拟复杂信号，并且及时动态地控制波形要素，与其他仪器进行连接通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于震动激励、自动化控制系统、通讯和仪器仪表领域。
1.2 信号发生器发展历史
20世纪早期是科技发展的快速通道，电子作为快速兴起的行业代表，如同洪水猛兽般影响着人们的生产生活，信号发生器作为应用广泛的电子设备自然发展迅速。然而到了40年代，结构复杂、性价比极低且多为硬件拼接的信号发生器已经难以满足人们的需求，此时，全世界第一台由全部晶体管制作的信号发生器于1964年诞生。随着时代的发展，科技的进步，电子市场的不断扩张[2]，借助已经逐渐成熟的模拟电子技术和集成电路技术，信号发生器迎来了一段难得的发展时期，在这段时期内，虽说信号发生器得到很大的改善，但是依然存在稳定性不高、性价比低等缺点。
随着第三次科技革命的深入，70年代，微处理器、D/A、A/D转换器被发明，使得信号发生器在软硬件强大功能的支撑下，复杂波形终于也可以产生了。20世纪末页，伴随数字信号技术和计算机技术的快速发展，凭借其高精度和高转换效率，数字信号克服以往信号的诸多缺点逐渐取代了模拟信号，成功登上历史舞台。现如今，人们只要通过可视化编程语言编写发生器的操作界面，输入想要的波形，设备仪器就会轻易将其输出，极大地提高了工作效率。
1.3 信号发生器主要研究内容
信号发生器又被叫做函数信号发生器，可测试被测电路所需的生成的设备特定值。该装置是一个研究、教学、制造业最常见的通用设备，传统的信号发生器是没有信源装置控制的单一芯片，如可由555振荡电路构成，可产生正弦波信号，矩形信号和三角波信号，但常会引起波形畸变，且通常具有难以控制，频率范围小，结构冗杂等缺点[3]。在实践中以及科学技术研究如工业、农业、通信、生物医学经常需要使用低频信号发生器。然而从一个硬件电路组装成一个低频信号源，因为它需要使用难以控制准确度的电阻和电容组装而成，这很难保证参数的准确性，并且由于它体积大，功耗大，泄漏以及许多其他的缺陷，在实际应用过程中的存在将大大增加电路的复杂性，性能通常不令人满意。
利用单片机产生低频信号的程序设计方法，波形频率和幅度在一定范围内可任意改变，设计具有线路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越等优点，采用软硬件结合的途径，在硬件不变的情况下只需要改变软件，就可以实现频率大小转换，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。
2 系统硬件设计
2.1 总体设计框图
图21 基于单片机的低频信号发生器总体设计框图
本次设计方案采用单片机和数模转换器为核心，加上运算放大模块、显示模块、键盘模块等模块化设计进行波形输出。此方案可产生需要的波形，不受限制，且电路相对简单，稳定性高，性价比高，操作比较容易。
目 录
1 绪 论 1
1.1 信号发生器综述 1
1.2 信号发生器发展历史 1
1.3 信号发生器主要研究内容 2
2 系统硬件设计 2
2.1 总体设计框图 2
2.2 单片机最小系统 3
2.3 键盘电路设计 7
2.4 显示电路设计 9
2.5 数模转换电路设计 12
2.6 运算放大电路设计 15
3 系统软件设计 18
3.1 流程图设计 18
3.2 主程序模块 19
3.3 正弦波模块 21
3.4 方波模块 22
3.5 三角波模块 23
3.6 锯齿波模块 24
3.7 延时子程序模块 25
3.8 显示子程序模块 26
4 系统调试 27
4.1 软件调试 27
4.2 硬件电路仿真调试与实物测试 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
附录 33
附录A 电路原理图 33
附录B 仿真图 34
1 绪 论
1.1 信号发生器综 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
述
信号发生器，也叫函数发生器、波形发生器，其广泛应用于生产实践和科技教育等领域，是常见的信号源。目前市面上常见的波形发生器具有价格昂贵、输出波形受限等缺点，导致工程实用性低，所以我们决定设计一种既能稳定输出多种波形又拥有高性价比的信号发生器。
信号发生器类型多种多样，一般按照频带大小分为超高频、高频、低频和超低频[1]。频带范围很大，超高频能达到一兆赫兹到几十兆赫兹，超低频却只有零点几赫兹甚至更低，另外，高频处于几百千赫兹到几兆赫兹之间。而本课题所研究的低频的范围在几十赫兹到几百千赫兹。
用户定义信号和标准信号号是我们熟悉的信号，它们都可由波形发生器大量产生，并能够使得电子设备在重复性、精度、操作性以及稳定性上都保证高性能。函数波形发生器相较同类信号源来说，既能使相位连续变换，又能使频率稳定输出，优势明显，甚至还可以模拟复杂信号，并且及时动态地控制波形要素，与其他仪器进行连接通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于震动激励、自动化控制系统、通讯和仪器仪表领域。
1.2 信号发生器发展历史
20世纪早期是科技发展的快速通道，电子作为快速兴起的行业代表，如同洪水猛兽般影响着人们的生产生活，信号发生器作为应用广泛的电子设备自然发展迅速。然而到了40年代，结构复杂、性价比极低且多为硬件拼接的信号发生器已经难以满足人们的需求，此时，全世界第一台由全部晶体管制作的信号发生器于1964年诞生。随着时代的发展，科技的进步，电子市场的不断扩张[2]，借助已经逐渐成熟的模拟电子技术和集成电路技术，信号发生器迎来了一段难得的发展时期，在这段时期内，虽说信号发生器得到很大的改善，但是依然存在稳定性不高、性价比低等缺点。
随着第三次科技革命的深入，70年代，微处理器、D/A、A/D转换器被发明，使得信号发生器在软硬件强大功能的支撑下，复杂波形终于也可以产生了。20世纪末页，伴随数字信号技术和计算机技术的快速发展，凭借其高精度和高转换效率，数字信号克服以往信号的诸多缺点逐渐取代了模拟信号，成功登上历史舞台。现如今，人们只要通过可视化编程语言编写发生器的操作界面，输入想要的波形，设备仪器就会轻易将其输出，极大地提高了工作效率。
1.3 信号发生器主要研究内容
信号发生器又被叫做函数信号发生器，可测试被测电路所需的生成的设备特定值。该装置是一个研究、教学、制造业最常见的通用设备，传统的信号发生器是没有信源装置控制的单一芯片，如可由555振荡电路构成，可产生正弦波信号，矩形信号和三角波信号，但常会引起波形畸变，且通常具有难以控制，频率范围小，结构冗杂等缺点[3]。在实践中以及科学技术研究如工业、农业、通信、生物医学经常需要使用低频信号发生器。然而从一个硬件电路组装成一个低频信号源，因为它需要使用难以控制准确度的电阻和电容组装而成，这很难保证参数的准确性，并且由于它体积大，功耗大，泄漏以及许多其他的缺陷，在实际应用过程中的存在将大大增加电路的复杂性，性能通常不令人满意。
利用单片机产生低频信号的程序设计方法，波形频率和幅度在一定范围内可任意改变，设计具有线路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越等优点，采用软硬件结合的途径，在硬件不变的情况下只需要改变软件，就可以实现频率大小转换，并且能够对波形进行细微调整，改良波形，使其满足系统的要求。
2 系统硬件设计
2.1 总体设计框图
图21 基于单片机的低频信号发生器总体设计框图
本次设计方案采用单片机和数模转换器为核心，加上运算放大模块、显示模块、键盘模块等模块化设计进行波形输出。此方案可产生需要的波形，不受限制，且电路相对简单，稳定性高，性价比高，操作比较容易。
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